RISC CISC

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Arquitetura RISC e CISC
Prof. Alexandre Bellezi José
 
Introdução
● Evolução:
Hardware X Software
● Custo benefício: hardware supera software.
● Software: desenvolvimento e manutenção → 
preço elevado → quase sempre possui 
falhas(bugs).
 
Introdução
● Linguagens de programação de alto nível 
surgiram como 'solução' para tais 'problemas' 
do software.
● Programação estruturada
● Orientação por objetos
Sugestão de leitura: No silver bullet. (EdModo)
 
Introdução
● Linguagens de alto nível se afastam do 
primitivismo do hardware.
● Cada vez uma distância maior entre instruções 
de máquina e comandos da linguagem.
Espaço Semântico
Semantic Gap
 
Espaço Semântico
● IBM e DEC → Fabricantes de computadores de 
grande porte.
● Incluem, paulatinamente, em seus 
processadores um grande número de 
instruções.
Procurando diminuir o Gap Semântico
 
Fechamento do Gap Semântico: 
Hardware
● Inclusão de várias instruções.
● Vários modos de endereçamento.
● Inicio de 1980 gerou a arquitetura CISC
Complex Instruction Set Computers
Processadores com conjunto de instruções 
complexo
 
CISC (1980)
● A ideia dos fabricantes era diminuir o GAP 
entre linguagens de alto nível e de máquina.
● Ex. VAX utilizava 300 instruções e mais de 15 
modos de endereçamento
● Objetivo final era facilitar a construção de 
compiladores.
● Intel e AMD seguem mesmo caminho da IBM e 
DEC.
● x86 considerada CISC.
 
Fechamento do Gap Semântico: 
Software
● 1960; 70 e 80 década das pesquisas em para 
entender e amenizar o Gap Semântico em nível 
de software.
● Desenvolvimento de linguagens de alto nível e 
estudo de seu comportamento estático e 
dinâmico.
● Primeiro estudo [KNUTH71].
 
Fechamento do Gap Semântico: 
Software
● Primeiro estudo [KNUTH71].
● ASSIGN → Atribuições
● Outras somente 7%
Comando Média de Ocorrência %
ASSIGN 47
IF 23
CALL 15
LOOP 6
GOTO 3
Outros 7
 
Como aumentar o desempenho?
● Otimizar o emprego de instruções que 
consomem mais tempo de CPU. Ex: ASSIGN
● Não se preocupar tanto com instruções 
complexas → somente 7% são deste tipo!!!!!!!
● OBS: Como funcionam as instruções de 
atribuição? O que elas acessam?
 
1980 Mais pesquisas
● Novas pesquisas para reduzir o gap semântico 
e diminuir a complexidade dos processadores.
● Em 1982 David Patterson publica o primeiro 
trabalho sobre RISC.
● Onde definia um processador com reduzido 
conjunto de instruções.
 
Comparativo entre ocorrência de certos 
comandos de linguagem de alto nível na 
execução de programas
 
Concluindo...
● Parece lógico pensar em processadores com 
conjunto de instruções simples, mas rápidasrápidas.
Ex: CISC x86
ADD reg1, reg2 B; B armazenado na MP
Ex: RISC
MOV reg2, B;
ADD reg1, reg2;
 
Concluindo...
● Parece lógico pensar em processadores com 
conjunto de instruções simples, mas rápidasrápidas.
Ex: CISC x86
ADD reg1, reg2 B; B armazenado na MP
Ex: RISC
MOV reg2, B;
ADD reg1, reg2;
 
Características das Arquiteturas 
CISC
● Complex Instruction Set Computer
● Grande quantidade de instruções.
● Instruções com múltiplos modos de 
endereçamento.
● Código gerado tinha que ser pequeno, pois 
memória era pequena e cara.
● Projetista deveria aumentar densidade do 
código de máquina: cada instrução deveria 
fazer muito, diminuindo o número de instruções 
no programa como um todo.
 
Características das Arquiteturas 
CISC
● Em meados de 1951 iniciou-se o uso de 
microprogramação → instruções complexas 
escritas em microcódigo.
● Microcódigo: código de muito baixo nível que 
define como o processador deverá funcionar.
● Microcódigo facilita o surgimento e manutenção 
do conceito de Família de Processadores.
● Ex: x86 (386 para 486, para Pentium, Pentium 
MMX, etc).
 
Características das Arquiteturas 
CISC
● Microcódigo reside em memória tipo ROM 
dentro da unidade de controle do processador.
● Primeiro sistema que utilizou microcódigo foi o 
IBM/360 em 1964.
● VAX máquina CISC: mais de 300 instruções de 
máquina, mais de 15 modos de 
endereçamento, instruções de 2 a 57 bytes de 
largura.
 
Características das Arquiteturas 
CISC
● CISC projeto se baseia em três conceitos:
● Uso de microcódigo
● Construção de conjuntos com instruções 
completas e eficientes (completeza no 
conjunto)
● Criação de instruções de máquina de 'alto 
nível', ou seja, com complexidade semelhante à 
dos comandos de alto nível.
 
Algumas regras básicas sobre a 
arquitetura CISC.
● Formato de dois operandos mais comum. ADD 
CX, mem (adiciona o valor na memória do 
valor do registrador CX e coloca o resultado no 
registrador CX)
● Uso de modos registrador para registrador; 
registrador para memória e memória para 
registrador.
● Instruções de largura variável, com quantidade 
de bytes variando de acordo com o modo de 
endereçamento.
 
Algumas regras básicas sobre a 
arquitetura CISC.
● Instruções requerem múltiplos ciclos de relógio 
para sua completa execução, além de que a 
quantidade desses ciclos varia de acordo com 
a largura das instruções.
Ex: se uma instrução realiza mais de um acesso à 
memória para buscar dois operandos, então gasta 
mais ciclos do que outra que só realiza um acesso.
● O hardware possui poucos registradores devido 
ao fato de possuir muitas instruções com 
acesso à memória e por causa da limitação do 
espaço no chip usado para memória de 
controle (microcódigo), decodificação.
 
Algumas regras básicas sobre a 
arquitetura CISC.
● Há também registradores especializados, como 
o registrador de controle (para códigos de 
condição ou flags), de segmento, para o 
ponteiro de pilha, para tratamento de 
interrupções, etc.
 
Problemas na Arquitetura CISC
● Os problemas listados nos próximos slides 
foram definidos pelo pesquisador David 
Patterson que também propôs uma nova 
máquina chamada RISC-1.
 
Problemas na Arquitetura CISC
● Diferenças de velocidade entre memória e 
processador.
– Final de 1970 IBM identifica que isso era um 
problema em seus sistemas.
– Operações aritméticas de ponto flutuante → muitos 
acessos a memória.
– IBM acrescenta novas instruções.
– Patterson diz que tal atitude não resolve o 
problema da velocidade.
 
Problemas na Arquitetura CISC
● Emprego de Microcódigo
– Real vantagem do microcódigo custo/benefício de 
microcódigo em relação a programação 
diretamente no hardware.
– Facilidade leva projetista a criar mais e mais 
instruções.
 
Problemas na Arquitetura CISC
● Desenvolvimento Acelerado de Linguagens 
de Alto Nível.
– 1980 grande crescimento do uso de linguagens de 
nível mais alto.
– Induz projetista de hardware a criar instruções mais 
complexas para aproximar os dois modelos.
 
Problemas na Arquitetura CISC
● Densidade de código a ser executado.
– CISC tem como um dos requisitos → código mais 
compacto para usar menos memória.
– Um comando de alto nível resultaria em “muito 
poucas” instruções de máquina.
– Patterson → mais bits nas instruções, pois há 
muitas. E mais modos de Endereçamento. 
Aumenta gasto de memória. Isso contrabalançariacontrabalançaria 
a pretensa vantagem da densidade do código.
 
Problemas na Arquitetura CISC
● Necessidade de compatibilidade com 
processadores anteriores.
– Fabricantes sempre garantem a 
retrocompatibilidade dos programas entre as 
famílias dos processadores.
– Isso limita a especificação de novas arquiteturas.
– Assim arquiteturas novas crescem somente em 
número de instruções. Instruções antigas nunca 
são retiradas.
 
Arquitetura RISC
● Estudos na áreade arquitetura de 
computadores na década de 1980 levou a 
criação do RISC.
RISC
Reduced Instruction Set Computer
 
Arquitetura RISC
● Arquitetura RISC seguiu três caminhos de 
desenvolvimento:
● IBM consegue sucesso em meados de 1990 
com o PowerPC (Motorola, Apple e IBM).
● Universidade Stanford da Califórnia, John 
Hennessy, estudos gera a empresa MIPS.
● Universidade de Berkeley, da Califórnia, David 
Patterson, estudos servem como base para os 
processadors da Sun.
 
Arquitetura RISC
Fonte: Monteiro
 
RISC Características
Menor quantidade de instruções e tamanho 
fixo
● Possui conjunto menor de instruções se 
comparado ao CISC.
● Família SPARC da Sun possui cerca de 50 
instruções; VAX da IBM mais de 300; Intel 486 
146 instruções; Pentium mais de 200.
● Mesmo tamanho da instrução facilita a busca e 
decodificação da mesma. Contador de 
Instrução não precisa ser incrementado.
 
RISC Características
Execução Otimizada de Chamada de Funções
● Em CISC chamada de funções conduz a 
rotinas de leitura/escrita na MP para passagem 
de parâmetros e recuperação de dados.
● Em RISC tudo ocorre dentro do próprio 
processador, pois ele possui mais 
registradores.
● RISC possui circuitos de decodificação de 
instrução e execução simplificados 'sobrando' 
recursos para mais registradores. 
 
RISC Características
Menor Quantidade de Modos de 
Endereçamento
● Apenas dois tipos de instruções para acessar a 
memória LOAD/STORE.
● Utiliza somente o modo direto de acesso a 
memória.
● Outras operações também são realizadas no 
processador.
● Simplifica projeto e implementação e reduz o 
número de ciclos necessário para executar a 
instrução.
 
RISC Características
Modo de Execução com Pipelining
● Como instruções possuem formato simples e 
único pipeline ocorre de modo eficiente.
● Pipeline tem melhor desempenho em 
instruções semelhantes em termos de formato 
e complexidade.
 
RISC Características Resumo
Fonte: Monteiro
 
RISC x CISC
● O que é melhor? RISC? CISC?
 
Tarefa
● Fazer a leitura do seguinte texto.
● Apple Said to Be Exploring Switch From Intel 
for Mac - Bloomberg 06-11-2012.pdf
● Criar um texto com suas conclusões sobre o 
futuro das arquitetura RISC e CISC baseado na 
notícia acima e porque o RISC está evoluindo 
tanto nos dias atuais?
● Entrega da tarefa: ????? Peso(0.2) 
● PROVA ?????? – Assunto: CISC e PROVA ?????? – Assunto: CISC e 
RISC( Peso 1)RISC( Peso 1)
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